碱式铜盐包覆Cu2O催化剂的形成机理及催化性能

采用硫酸铜与4种碱NaOH、Na2CO3、Na2SO3、Na2S2O3在室温(25℃)下反应,并在Cu2O表面包覆碱式铜盐,均得到组成为Cu2O@Cu4(SO4)(OH)6的核壳型催化剂,其中,由Na2S2O3制备的样品其催化活性远高于其他碱制备的样品.通过性质表征可知,由Na2S2O3制得样品具有核内部孔洞多、缺陷分布广、活性表面大、表面粗糙、晶体紧实度低等特点,这些特征均有利于催化活性的提高.进一步研究确认,Na2S2O3在反应中具有多种作用,一是水解提供OH^-;二是自身发生歧化反应或者与Cu^2+发生氧化还原反应生成SO^2-4和S^2-,提供形成Cu4(SO4)(OH)6所需的SO^2-4;三是能与Cu2O核反应,使其溶解形成孔洞.因此,采用铜盐与Na2S2O3在室温下反应形成的核壳型催化剂Cu2O@Cu4(SO4)(OH)6具有非常高的催化活性,在黑暗条件下能高效降解高浓度(400mg/L)的染料(橙黄II),反应2h后降解率可达99.5%.

Cu_2O@Cu_4(SO_4)(OH)_6的制备及黑暗下降解橙黄Ⅱ

采用一种温和、简单、环保的方法合成了Cu_2O@Cu_4(SO_4)(OH)_6系列核壳型催化剂.包覆了碱式铜盐[Cu_4(SO_4)(OH)_6]的Cu_2O(核)表面变粗糙,内部出现大量孔洞,并且随着包覆摩尔比的增加,出现独立的片状碱式铜盐晶相.研究发现催化剂中同时存在Cu(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅲ)3种价态,因此在黑暗条件下Cu_2O@Cu_4(SO_4)(OH)_6样品具有高的催化活性,对150 mg/L的橙黄Ⅱ染料在1 h内的降解率达98.2%,远高于纯Cu_2O的降解率(7%),说明高活性的Cu(Ⅲ)在黑暗条件下启动了催化降解反应.